(57)【要約】【課題】雑音の影響によらず高精度な周波数誤差を推定できる周波数誤差推定装置を提供する。【解決手段】周波数誤差推定装置は、第１の周波数誤差推定回路と第１の周波数誤差推定回路よりも周波数誤差推定範囲が狭く、かつ、その中心周波数を変更可能な第２の周波数誤差推定回路と、第１の周波数誤差推定回路から出力される第１の周波数誤差推定値に基づき、第２の周波数誤差推定回路の中心周波数を制御する補正回路とを備え、第２の周波数誤差推定回路から出力される第２の周波数誤差推定値を出力する。【選択図】図１
2010050682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数誤差推定回路と、
前記第１の周波数誤差推定回路よりも周波数誤差推定範囲が狭く、かつ、その中心周波数を変更可能な第２の周波数誤差推定回路と、
前記第１の周波数誤差推定回路から出力される第１の周波数誤差推定値に基づき、前記第２の周波数誤差推定回路の中心周波数を制御する補正回路と、
を備え、前記第２の周波数誤差推定回路から出力される第２の周波数誤差推定値を出力することを特徴とする周波数誤差推定装置。
【請求項２】
前記第１の周波数誤差推定回路、および前記第２の周波数誤差推定回路が、特定の推定区間における受信信号の位相差により、周波数誤差を推定し、
前記第２の周波数誤差推定回路の推定区間が、前記第１の周波数誤差推定回路の推定区間より長いことを特徴とする請求項１に記載の周波数誤差推定装置。
【請求項３】
前記補正回路は、
前記第２の周波数誤差推定回路の周波数誤差推定範囲に含まれる有効領域を設定し、
前記第１の周波数誤差推定値が前記有効領域を超えたとき、前記第１の周波数誤差推定値を前記第２の周波数誤差推定回路の中心周波数とすることを特徴とする請求項１または２に記載の周波数誤差推定装置。
【請求項４】
前記第２の周波数誤差推定回路の中心周波数が、動作開始後または前回の変更からあらかじめ設定した時間内に変更されない場合、前記第２の周波数誤差推定値を前記第２の周波数誤差推定回路の中心周波数に設定することを特徴とする請求項３に記載の周波数誤差推定装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の周波数誤差推定回路は、検出された周波数誤差推定値を平滑化する平滑化フィルタをさらに備え、少なくとも１つの該平滑化フィルタの通過帯域幅を可変とすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の周波数誤差推定装置。
【請求項６】
前記第２の周波数誤差推定値を前記第２の周波数誤差推定回路の中心周波数に設定した場合、当該設定後の前記平滑化フィルタの通過帯域幅を小さくすることを特徴とする請求項５に記載の周波数誤差推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信などのディジタル通信システムにおいて、受信信号に含まれる周波数誤差による受信信号特性の劣化を防ぐため、周波数誤差補償に用いる周波数誤差値を高精度に推定する周波数誤差推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、受信信号に含まれる周波数誤差を推定する従来の周波数誤差推定装置の構成である（非特許文献１参照）。図３によると、周波数誤差推定装置は、Ｎシンボル遅延器３１と、位相差検出器３２と、フィルタ３３を備える。
【０００３】
続いて、上記周波数誤差推定装置における信号の流れについて説明する。該周波数誤差推定装置には、受信信号からＱＰＳＫなどの変調成分を除去した無変調信号を入力する。位相差検出器３２は、該周波数誤差推定装置の入力信号と、前記入力信号をＮシンボル遅延器３１でＮシンボル遅延させた信号に基づき、Ｎシンボルあたりの位相差を出力する。フィルタ３３は、位相差検出器３２の出力であるＮシンボルあたりの位相差に基づき、１シンボル当たりの位相差、すなわち周波数誤差推定値を出力する。
【０００４】
図４は、図３の周波数誤差推定回路におけるＮシンボルあたりの位相差のベクトル表示である。受信信号にシンボルレートでの規格化周波数誤差Δｆが存在する場合、Ｎシンボル区間の位相差は２πＮΔｆである。このように、位相差はＮと周波数誤差に比例するので、位相差検出器でこれを検出し、フィルタで雑音を平滑化して周波数誤差出力を得る。雑音の影響を考慮すると、周波数誤差出力は２π（ＮΔｆ）＋ｅと表せる（ただし、ｅは雑音成分）。Ｎを大きく設定すると周波数誤差に比例した成分のみ増加するので、相対的に雑音の影響が少なくなり、周波数誤差推定精度が向上する利点がある。しかしながら、Ｎを大きく設定すると推定できる周波数誤差の範囲が狭まる問題がある。
【０００５】
図５は、図３の周波数誤差推定回路において、正常に周波数誤差を検出出来ない場合を示している。２πＮΔｆ＞πのとき、実際に検出される位相差はマイナス方向に位相が回転した−２π（１−ＮΔｆ）と誤検出される。同様に２πＮΔｆ＜−πの場合も位相差を正確に検出できない。このため、検出可能な位相差は、−π≦２πＮΔｆ≦πとなり、推定可能な周波数誤差Δｆの範囲は、−１／（２Ｎ）≦Δｆ≦１／（２Ｎ）となる。すなわちＮに反比例して検出範囲は狭くなる。
【０００６】
図６は、図３のＮの値が異なる２つの周波数誤差推定回路を組み合わせ、周波数誤差推定範囲を狭めることなく、高精度な周波数誤差の推定を実現する周波数誤差推定装置である（特許文献１）。該周波数誤差推定装置は、Ｎ＝ｍ（ｍは自然数）である第１の周波数誤差推定回路と、Ｎ＝ｎ（ｎは自然数）かつｍ＜ｎである第２の周波数誤差推定回路、及び第１の周波数誤差推定回路の出力と第２の周波数誤差推定回路の出力に基づき、高精度な周波数誤差推定値を出力する、周波数誤差推定値補正回路を備える。
【０００７】
第１の周波数誤差推定回路は、ｍシンボル遅延器４１と、位相差検出器４２と、フィルタ４３を備える。第２の周波数誤差推定回路は、ｎシンボル遅延器４４と、位相差検出器４５と、フィルタ４６を備える。周波数誤差推定値補正回路は、乗算器４７、４９、及び５１と、加算器４８、及び５２と丸め回路５０を備える。
【０００８】
続いて、上記周波数誤差推定装置における信号の流れについて説明する。該周波数誤差推定装置に、受信信号から変調成分を除去した無変調信号を入力する。位相差検出器４２は、該周波数誤差推定装置の入力信号と、前記入力信号をｍシンボル遅延器４１でｍシンボル遅延させた信号に基づき、ｍシンボルあたりの位相差を出力する。フィルタ４３は、位相差検出器４２の出力の帯域制限をし、雑音の影響を低減する。位相差検出器４５は、該周波数誤差推定装置の入力信号と、前記入力信号をｎシンボル遅延器４４でｎシンボル遅延させた信号に基づき、ｎシンボルあたりの位相差を出力する。フィルタ４６は、位相差検出器４５の出力の帯域制限をし、雑音の影響を低減する。
【０００９】
乗算器４７は、フィルタ４３の出力をｎ／ｍ倍し、ｎシンボル分の位相差に相当する値を出力する。加算器４８は、乗算器４７の出力とフィルタ４６の出力の差分をとり、フィルタ４６の出力における、本来のｍシンボル分の位相差からの不足分を出力する。乗算器４９、丸め回路５０、及び乗算器５１は、加算器４８の出力が本来２πの整数倍であることを利用し、加算器４８の出力に含まれる雑音等の影響を除去する。加算器５２は、フィルタ４６の出力に乗算器５１の出力を加えて、本来のｎシンボル分の位相差を出力する。乗算器５３は、加算器５２の出力に１／（２π×ｎ）を乗算し、１シンボルあたりの位相回転量、すなわち周波数誤差推定値を出力する。
【００１０】
ｍ＜ｎなので、第２の周波数誤差推定回路は、第１の周波数誤差推定回路よりも高精度な周波数誤差推定が可能であるが、推定周波数範囲は狭い。受信信号に第２の周波数誤差推定回路の推定可能範囲外となる周波数誤差が存在する場合、第２の周波数誤差推定回路が検出するｎシンボル分の位相差ｙは、本来検出すべき位相差とは異なる。これは、本来の位相差は２πｋ＋ｙ（ｋは整数）であるが、第２の周波数誤差推定回路は、位相差２πｋを検出できないためである。
【００１１】
以上を考慮すると１シンボル分の位相差は、（ｙ＋２πｋ）／ｎである。ｋは不明なので１シンボル分の位相差が定まらず、周波数誤差が推定できない。そこで、周波数誤差推定値補正回路では、推定対象の周波数誤差が推定可能範囲内にある第１の周波数誤差推定回路が検出するｍシンボル分の位相差ｘに基づき、ｋを決定する。ｘをｎ／ｍ倍した値はｎシンボル分の位相差に相当する。そのため、下記の式が成立する。
【００１２】
ｘ×ｎ／ｍ＝ｙ＋２πｋ
よって、ｋ＝（ｘ×ｎ／ｍ−ｙ）／２πとなるが、（ｘ×ｎ／ｍ−ｙ）／２πは雑音の影響で整数にならないため、ｋは（ｘ×ｎ／ｍ−ｙ）／２πに最も近い整数値とする。周波数誤差推定値補正回路は、ｋに基づきｙを補正するため、高精度な周波数誤差推定値を得る（特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−２００９３９号公報
【非特許文献１】"A π/4-Shifted DQPSK Demodulator for a Personal MobileCommunications System," H.Furukawa, K.Matsuyama, T.Sato, T.Takenaka andY.Takeda, IEEE PIMRC 92, pp.618-622.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図６の周波数誤差推定装置において、第２の周波数誤差推定回路で推定可能な周波数を超える周波数を推定するため、推定可能範囲が広い第１の周波数誤差推定回路の推定値を用いて、第２の周波数誤差推定値を補償する。しかしながら、フィルタ４３の出力を乗算器４７でｎ／ｍ倍するため、フィルタ４３の出力が受けている雑音の影響を増大させている。このため、受信信号に含まれる雑音が増大するにつれ、丸め回路５０の出力に誤りが生じ、積分器５１の出力であるフィルタ４６の出力に対する補正値が劣化する。この結果、装置の周波数誤差推定値が劣化する問題がある。
【００１５】
従って、本発明は雑音の影響によらず高精度な周波数誤差を推定できる周波数誤差推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を実現するため本発明による周波数誤差推定装置は、第１の周波数誤差推定回路と、前記第１の周波数誤差推定回路よりも周波数誤差推定範囲が狭く、かつ、その中心周波数を変更可能な第２の周波数誤差推定回路と、前記第１の周波数誤差推定回路から出力される第１の周波数誤差推定値に基づき、前記第２の周波数誤差推定回路の中心周波数を制御する補正回路とを備え、前記第２の周波数誤差推定回路から出力される第２の周波数誤差推定値を出力する。
【００１７】
また、前記第１の周波数誤差推定回路、および前記第２の周波数誤差推定回路が、特定の推定区間における受信信号の位相差により、周波数誤差を推定し、前記第２の周波数誤差推定回路の推定区間が、前記第１の周波数誤差推定回路の推定区間より長いことも好ましい。
【００１８】
また、前記補正回路は、前記第２の周波数誤差推定回路の周波数誤差推定範囲に含まれる有効領域を設定し、前記第１の周波数誤差推定値が前記有効領域を超えたとき、前記第１の周波数誤差推定値を前記第２の周波数誤差推定回路の中心周波数とすることも好ましい。
【００１９】
また、前記第２の周波数誤差推定回路の中心周波数が、動作開始後または前回の変更からあらかじめ設定した時間内に変更されない場合、前記第２の周波数誤差推定値を前記第２の周波数誤差推定回路の中心周波数に設定することも好ましい。
【００２０】
また、前記第１及び第２の周波数誤差推定回路は、検出された周波数誤差推定値を平滑化する平滑化フィルタをさらに備え、少なくとも１つの該平滑化フィルタの通過帯域幅を可変とすることも好ましい。
【００２１】
また、前記第２の周波数誤差推定値を前記第２の周波数誤差推定回路の中心周波数に設定した場合、当該設定後の前記平滑化フィルタの通過帯域幅を小さくするも好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の周波数誤差推定装置は、周波数誤差推定精度の異なる２つの周波数誤差推定回路を組み合わせ、高精度な周波数誤差の推定を実現する。周波数引き込み過程では、精度の低い周波数誤差推定回路の出力に基づき、精度の高い周波数誤差推定回路を離散的に補正するが、最終的には精度の高い周波数誤差推定回路の周波数誤差推定値を装置の周波数誤差推定値とすることで、周波数誤差推定範囲を狭めることなく、かつ、補正の際、雑音を増大させることなく、高精度に周波数誤差を推定できる。本発明を用いれば、周波数誤差の補償精度が向上し、通信品質の向上につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態に関わる周波数誤差推定装置の構成図を示す。図１によると、周波数誤差推定装置は、第１の周波数誤差推定回路と、第２の周波数誤差推定回路、及び第２の周波数誤差推定回路の出力値を補正する有効領域設定・推定値補正回路１５を備えている。第１の周波数誤差推定回路は、乗算器１と、可変発振器２と、ｍシンボル遅延器３と、位相差検出器４と、帯域幅可変平滑化フィルタ１６を備える。なお、帯域幅可変平滑化フィルタ１６は、可変ループゲイン５と積分器６を備える。第２の周波数誤差推定回路は、乗算器７と、可変発振器８と、ｎシンボル遅延器９と、位相差検出器１０と、平滑化フィルタ１７を備える。なお、平滑化フィルタ１７は、ループゲイン１１と積分器１２を備え、積分器１２は加算器１３とバッファ１４を備える。なお、ｍ、ｎはそれぞれ自然数であり、ｍ＜ｎである。
【００２５】
なお、ｍシンボル分の位相差を用いる第１の周波数誤差推定回路の推定区間［−１／（２ｍ）、１／（２ｍ）］には、必ず推定対象の周波数誤差値を含むが、ｎシンボル分の位相差を用いる第２の周波数誤差推定回路の推定区間［−１／（２ｎ）、１／（２ｎ）］には含まない場合がある。なお、以下ではａ＝１／（２ｎ）とする。
【００２６】
続いて、上記周波数誤差推定装置における信号の流れについて説明する。該周波数誤差推定装置には、受信信号からＱＰＳＫなどの変調成分を除去した無変調信号を入力する。
【００２７】
第１の周波数誤差推定回路は、ｍシンボル分の位相差を検出し、周波数誤差を推定する回路であり、閉ループで推定値を平滑化する。可変発振器２は、積分器６の出力である第１の周波数誤差推定値に基づき、第１の周波数誤差補償信号を出力する。乗算器１は、第１の周波数誤差補償信号の複素共役と、該周波数誤差推定装置の入力信号を乗じ、入力信号に含まれる周波数誤差を補償する。しかしながら、第１の周波数誤差推定値が受信信号の周波数誤差値と一致しない場合、乗算器１の出力には第１の残留周波数誤差が含まれる。そこで、該周波数誤差推定回路は、第１の残留周波数誤差を検出し、第１の周波数誤差推定値を更新する。位相差検出器４は、乗算器１の出力と、同出力をｍシンボル遅延器３でｍシンボル遅延させた信号に基づき、ｍシンボル間に第１の残留周波数誤差により生じた位相差を算出する。積分器６は、位相差検出器４の出力に可変ループゲイン５で調整した値に基づき、第１の周波数誤差推定値を更新する。
【００２８】
第２の周波数誤差推定回路は、ｎシンボル分の位相差を検出し、周波数誤差を推定する回路であり、閉ループで推定値を平滑化する。ただしｍ＜ｎなので、第２の周波数誤差推定回路の方が第１の周波数誤差推定回路よりも推定精度が高いが、周波数誤差推定範囲が狭い。可変発振器８は、有効領域設定・推定値補正回路１５の出力である第１の周波数誤差推定値または第２の周波数誤差推定値に基づき、第２の周波数誤差補償信号を出力する。乗算器７は、第２の周波数誤差補償信号の複素共役と、該周波数誤差推定装置に入力された信号を乗算し、入力信号に含まれる周波数誤差を補償する。しかしながら、第２の周波数誤差推定値が受信信号の周波数誤差値と一致しない場合、乗算器７の出力には第２の残留周波数誤差が含まれる。そこで、該周波数誤差推定回路は、第２の残留周波数誤差を検出し、第２の周波数誤差推定値を更新する。位相差検出器１０は、乗算器７の出力と、同出力をｎシンボル遅延器９でｎシンボル遅延させた信号に基づき、ｎシンボル間に第２の残留周波数誤差により生じた位相差を算出する。積分器１２は、加算器１３において位相差検出器１０の出力にループゲイン１１で調整した値に基づき、第１の周波数誤差推定値または第２の周波数誤差推定値を更新し、バッファ１４に入力する。
【００２９】
有効領域設定・推定値補正回路１５は、図２に示すフローチャートに基づき、積分器６の出力、すなわち第１の周波数誤差推定値、または積分器１２の出力、すなわち第２の周波数誤差推定値のどちらかを出力し、また可変ループゲイン５の値を調整する。
【００３０】
図２によると、当該周波数誤差推定装置の動作開始時において、有効領域設定・推定値補正回路１５は、第２の周波数誤差推定回路の推定区間［−ａ、ａ］に基づき、有効領域を［−ｂ、ｂ］に設定する。ただし、ｂはあらかじめ設定された値（０＜ｂ≦ａ）である。第１の周波数誤差推定値が、有効領域外の場合、有効領域設定・推定値補正回路１５は第１の周波数誤差推定値を出力する。このとき、第１の周波数誤差推定値が第２の周波数誤差推定回路の推定区間の中心周波数となる。さらに有効領域を［中心周波数−ｂ、中心周波数＋ｂ］に設定する。第１の周波数誤差推定値が、有効領域内の場合、有効領域設定・推定値補正回路１５は、第２の周波数誤差推定値を出力する。このように有効領域設定・推定値補正回路１５は、第１の周波数誤差推定値に基づき、周波数誤差の推定範囲が狭い第２の周波数誤差推定値を補正するため、第２の周波数誤差推定回路は、本来第２の周波数誤差推定回路では推定できない範囲の周波数誤差を推定できる。
【００３１】
また、有効領域設定・推定値補正回路１５において、当該装置の動作開始後、または前回の有効領域の設定時から、あらかじめ設定した時間Ｔの間に中心周波数の設定がない場合、中心周波数を第２の周波数誤差推定値に、有効領域を［第２の周波数誤差推定値−ｂ、第２の周波数誤差推定値＋ｂ］にそれぞれ設定し、さらにあらかじめ設定した値に基づき、ループゲイン５のゲインを下げる。この操作により、閉ループのループ帯域が狭まるため、平滑化フィルタの通過帯域幅が小さくなることと等価になる。ただし、雑音による第１の周波数誤差推定値の変動域が有効領域よりも小さい条件下で使用する場合には、ループゲイン５のゲインを下げなくても良い。雑音による第１の周波数誤差推定値の変動は、入力信号の周波数誤差を中心に生じるため、入力信号の周波数誤差を中心に有効領域を設定した場合が最も雑音の影響を受けにくい。そこで、第１の周波数誤差推定回路の出力がある程度収束したとき、ループゲイン５の値を段階的に引き下げて、第１の周波数誤差推定値の変動を低減させる。さらに高精度な周波数誤差推定値である第２の周波数誤差推定値に基づき、有効領域を段階的に微調整することで、入力信号の周波数誤差を中心に有効領域を設定した場合に近づける。
【００３２】
以上のアルゴリズムにより、高速な初期引き込みと収束状態における雑音の低減が可能になる。
【００３３】
また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に関わる周波数誤差推定装置の構成図を示す。
【図２】有効領域設定・推定値補正回路の出力を決定するフローチャートである。
【図３】受信信号に含まれる周波数誤差を推定する従来の周波数誤差推定装置の構成である。
【図４】図３の周波数誤差推定回路におけるＮシンボルあたりの位相差のベクトル表示である。
【図５】図３の周波数誤差推定回路において、正常に周波数誤差を検出出来ない場合を示している。
【図６】図３のＮの値が異なる２つの周波数誤差推定回路を組み合わせ、周波数誤差推定範囲を狭めることなく、高精度な周波数誤差の推定を実現する周波数誤差推定装置である。
【符号の説明】
【００３５】
１、７  乗算器
２、８  可変発振器
３  ｍシンボル遅延器
４、１０  位相差検出器
５  可変ループゲイン
６、１２  積分器
９  ｎシンボル遅延器
１１  ループゲイン
１３  加算器
１４  バッファ
１５  有効領域設定・推定値補正回路
１６  帯域幅可変平滑化フィルタ
１７  平滑化フィルタ
３１  Ｎシンボル遅延器
３２、４２、４５  位相差検出器
３３、４３、４６  フィルタ
４１  ｍシンボル遅延器
４４  ｎシンボル遅延器
４７、４９、５１、５３  乗算器
４８、５２  加算器
５０  丸め回路
【図１】
2010050682.tif 000003
【図２】
2010050682.tif 000004
【図３】
2010050682.tif 000005
【図４】
2010050682.tif 000006
【図５】
2010050682.tif 000007
【図６】
2010050682.tif 000008